[发明专利]一种基于关联规则分析的道路深层病害预警方法

权利要求书

1.一种基于关联规则分析的道路深层病害预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、利用探地雷达设备检测道路深层介质分布情况，记录采集路段桩号，并导出回波信号数据；

S2、数据预处理，依次进行直达波去除、背景消除、信号增益、伪彩映射操作；

S3、构建深层病害识别的神经网络模型预测病害的类型和严重程度；

S4、建立病害预警数据库；

S5、基于病害预警数据库对道路的深层病害进行预警；

所述步骤S4包括如下子步骤：

S41、利用桩号匹配各个病害的实际位置，得到深层病害在空间位置上的具体分布状态，将距离10米以内病害的类型、严重程度、间距统计在一条记录中，作为一个事务集；

S42、对数据进行离散化处理，病害类型分为五类，包括裂缝、空洞、疏松、富水和不均匀沉降；病害严重程度分为三类，即轻度、中度、重度；病害间距则分近、中、远三种；

S43、采用Apriori算法从所述的病害数据的事务集中挖掘强关联规则，记录入病害预警数据库中；

所述S2步骤包括如下子步骤：

步骤S21：去除直达波：针对直达波信号各测量点变化小、相关性强的特点，设计二维滤波器，去除相关性强的部分，剩下即为去除直达波后的B-scan波形，将测量的B-scan数据进行频率-波数域的二维傅里叶变换：

  （1）

式中，x表示水平采样点位置，为接收信号的B-scan数据，将B-scan数据由距离-时间域转换为波数-频率域，得到二维变换域数据；

对于强相关性的B-scan数据，其能量主要集中在波数kx=0的附近区域，目标回波信号在波数-频率域内能量较为扩散，设计二维滤波器，在波数-频率域滤除掉波数kx=0区域的主要能量：

（2）

式中，为设计的二维滤波器， 为滤波后的二维变换域数据，进行二维傅里叶逆变换即可得到去除直达波的回波信号；

步骤S22：背景消除：采用最经典常用的探地雷达杂波抑制方法，即减均值法对B-scan矩阵数据进行处理，计算所有A-scan的向量均值，然后从每个A-scan中减去该均值，去除水平方向上没有变化的信号和由于阻抗不匹配产生的驻波干扰信号：

（3）

式中，，表示第i个A-scan，M为时间采样点；

步骤S23：信号增益：采用SEC增益方法，以指数放大的增益方式对接收到的反射信号进行增益，补偿电磁波在各点传播时球型扩散损失的能量；

步骤S24：伪彩映射：为了表现出地下介质反射信号能量的差异，将能量变化映射到自构建的色标上，从而把B-scan的灰度图转换为伪彩图像，更易识别能量异常点。

2.根据权利要求1所述的一种基于关联规则分析的道路深层病害预警方法，其特征在于：在步骤S3中，构建深层病害识别的神经网络模型，对探地雷达B-Scan图像进行识别预测，输出深层病害的类型和严重程度。

3.根据权利要求1所述的一种基于关联规则分析的道路深层病害预警方法，其特征在于，所述S5步骤包括如下子步骤：

S51、按照步骤S1-S3，采用探地雷达设备检测道路深层状况，经过数据预处理后，分析检测数据，利用神经网络模型识别出深层病害的类型、严重程度，并定位其位置；

S52、根据检测结果建立病害事务集，遍历搜索病害预警数据库，若发现病害事务集存在于病害预警数据库中，则对该处道路深层状况进行预警。